淺談創客教育與小學科學的結合

周利婕

【摘 要】創客教育作為新衍生出來的教育模式之一，將其應用到小學科學的教學實踐中，既有利于提高教師掌握和運用教育技術的能力，同時也可以給學生提供更多的工具，有利于學生創造力的發展。而Arduino作為創客教育中一部分，支持圖形化的編程適合小學教學。本文將簡單講講Arduino在小學科學應用的意義并通過舉例講述Arduino在小學科學拓展課程的簡單應用。

【關鍵詞】小學科學；創客教育；Arduino

小學科學是一門以培養學生科學素養為宗旨的課程，其中科學探究是科學學習的中心環節。Aduino是一個基于開放源代碼的軟硬件平臺，它能夠通過各種傳感器來感知環境，讀取數字、模擬量，通過控制燈光、馬達和其他裝置做出反饋。同時Arduino支持圖形化的編輯界面，不需要學習復雜的編程語言，降低了學習難度。此外可簡單地與傳感器、各式各樣的電子元件連接。比如：紅外線傳感器、超音波傳感器、熱敏電阻、光敏電阻、舵機等等，給學生提供充分的思維空間進行創造。

一、小學科學拓展課中引入Arduino的意義

1.激發學生的學習興趣

俗話說：“興趣是最好的老師”。學生學習的興趣往往來源于對未知事物的探索欲望， 而Arduino恰恰給學生帶來新鮮的未知領域，無論是硬件的搭建應用還是軟件的編程形式都對學生有深深地吸引力。同時在活動中創造出相應的情境可以讓學生產生身臨其境的感受，吸引學生的注意力，有利于學生對主題意義的理解，激發和保持學生的學習興趣。

2.提高學生的創新能力和實踐動手能力

教師可以將互聯網上的各種創意運用到具體的科學課堂教學實踐中，鼓勵小學生通過創造與制作的方式學習科學知識。在實踐中鍛煉學生發現問題、研究問題、解決問題的能力，培養他們的創新能力。既激發了學生們的學習熱情，同時有效的鍛煉他們的實踐操作能力，以此提升小學科學教學效果。

二、小學科學中Arduino應用的案例

1.網絡澆花器

在教科版小學科學四年級下冊中涉及到了種子萌發所需要的條件，通過設計觀察實驗對比種子萌發前后杯子內水量是否發生了變化，從而得出種子萌發需要水這個條件。因此，筆者設計一個拓展課即《探究種子萌發的最宜土壤濕度》。

首先，學生利用Arduino套件設計一個自動的網絡澆花器。利用濕度傳感器來判別土壤中水分含量的多少，一般來說當濕度傳感器輸出數值為300時，土壤已經較為干燥了，當輸出為800時土壤水分適宜。利用該套件設計對比實驗，分別控制保證1號紙杯土壤濕度為60%-70%；2號紙杯土壤濕度為70%-80%；3號紙杯土壤濕度為80%-90%（假設的最宜土壤濕度）；4號紙杯土壤濕度為90%-100%，讓濕度傳感器輸出的數值小于某一定值時，利用微型水泵、繼電器等元件自動抽水給植物進行澆水至達到某一定值。這樣的裝置應用可以準確的判斷土壤水分多少，同時有效地保持土壤水分在一定范圍內，避免人為澆水出現的誤差情況。當然為了可以更好的掌握土壤水分情況，甚至可以將自動澆花器接入網絡中，在手機、電腦上查看土壤的水分情況。

通過這樣的技術解決了測量土壤水分難題，在降低了我們實驗的難度的基礎之上又提高實驗的精度。學生可以通過直接觀察對比植物的生長情況，記過一段時間的觀察記錄就可以明顯得出水分對植物生的影響。

2.短路電路警報器

在四年級下冊的第一單元里，學生首次接觸到電路，了解電路的各種連接方式，知道了短路電路的危險性，但短路電路的危險性卻沒有引起學生足夠的重視。出于讓學生更加了解短路電路以及必須引起對短路電路的重視，有了這樣的想法。那么有沒有什么方法能夠更深刻地認識短路電路，同時在出現短路電路時及時知道并斷開電路呢？基于這個想法，在拓展課上提出設計一個《短路警報器》。

教師引導提出問題：在設計短路警報器的過程中，我們要先做什么再做什么呢？以此調動學生的積極性，組織小組進行討論設計方案。然后進行全班性的想法交流，來不斷地補充和修改來完善方案設計。通過這樣的合作可以幫助學生樹立團體意識、互相合作、互相幫助，同時在集體的交流中可以充分認識到自己在科學知識學習過程中的不足，以及其他同學的優勢，從而實現優勢互補，取長補短，共同學習和成長。在完善好方案以后，給學生提供由學生電源、用電器、導線、萬能表等這些電器元件。首先連接電路，利用萬能表測出正常電路電流和短路電路中的電流差別，加深學生對兩種電路的認識。然后將電流傳感器、蜂鳴器以及相應的arduino套件進行連接、編程，觀察當電路短路和接通情況下電流傳感器輸出的數值，并依據此數據進行相應的編程設計以實現當電流過大時蜂鳴器就會鳴叫提醒大家電路出現短路情況的功能。

通過這些“工具”，將課堂上所學到的知識不再僅僅是應付試卷上的考題，而是真真切切地運用到了實際生活中。在理論知識轉變為實際應用的過程中，學生很有可能會遇到問題，那么在實踐中繼續學習可以進一步的提高學生的解決問題的能力。

總結

通過上面論述和案例的說明，在小學科學中引入Arduino，使原本不能實現的任務變為可能，提高了學生研究科學的興趣，調動學生自主探究的積極性。而且隨著網絡技術的發展，學習資源異常豐富，突破傳統教材的限制，為創客教育的實施提供了極大的幫助；同時還能夠豐富小學生的科學知識視野，特別是實踐案例與實用型知識等，增強其實踐操作能力。總而言之創客教育在小學科學中的應用，能夠增強學生對科學知識的實際運用能力、提供學生的科學素養，符合小學科學的教學需求。

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